直线上空间非齐次三态量子游荡的平稳测度
The Stationary Measure of a Space-Inhomogeneous Three-State Quantum Walk on the Line
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收稿日期: 2017-11-6
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Received: 2017-11-6
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研究了直线上空间非齐次三态量子游荡的单相位模型和双相位模型,同时借助Konno等人介绍的简化矩阵方法,计算了模型的特征值,并得到了相应的平稳测度.
关键词:
In this paper, we study the space-inhomogeneous three-state quantum walks on the line, a one-phase model and a two-phase model included. By using the reduced matrix method introduced by Konno et al, we calculate their eigenvalues and get corresponding stationary measure.
Keywords:
本文引用格式
韩琦, 郭婷, 殷世德, 陈芷禾.
Han Qi, Guo Ting, Yin Shide, Chen Zhihe.
1 引言
量子游荡作为经典随机游荡的量子类似物,在1993年由Aharonov等人提出[1],它主要包括离散时间量子游荡和连续时间量子游荡.大量研究表明,量子游荡对量子算法的研究起非常重要的作用[2-3].近几年来,量子游荡的渐进行为更是被广泛关注,见文献[4-6]. 2014年, Konno通过CGMV方法在文献[7]中得出空间齐次两态量子游荡的一致测度集包含于平稳测度集.同年, Endo等人利用SGF方法在文献[8]中得出了空间非齐次两态量子游荡的平稳测度及特征值问题. 2015年, Wang等人又利用SGF方法相继得出了空间非齐次单亏的三态Wojcik游荡的平稳测度,并发现在一些适当的条件下,它的平稳测度关于位置呈指数衰减[9].不久, Endo等人在文献[10]中阐述了对角量子游荡的平稳测度.最近, Konno等人提出了一个新方法Reduced matrix,以此得出了离散时间三态量子游荡的一些性质[11].本文将利用此方法进一步得出空间非齐次三态量子游荡的单相位和双相位模型的平稳测度及特征值问题.
2 模型及相关概念
在本章,我们介绍单相位三态量子游荡的单亏模型和双相位三态量子游荡的单亏模型及一些必要的定义.
定义2.1 空间非齐次三态量子游荡的单相位模型是定义在整数集
其中
且
设
其中
通过这三个矩阵,我们可将波函数的时间演化过程定义为
其中手征"
其中
下面定义平稳测度,先引入一个映射
其中
显然,对固定的
对
定义2.2 设
下面我们来考虑相应的特征值问题
显然,上式等价于下列问题
定义2.3 空间非齐次三态量子游荡的双相位模型是定义在整数集
其中
其中
可以看出,由此酉矩阵所确定的量子coin的移位在正部和负部是不相同的,而且此量子游荡的行列式关于位置是独立的.我们便称此模型为"双相位三态量子游荡".
同单相位量子游荡一样,我们设
其中
其中
其中初始量子态为
其中
相应的特征值问题等价于
3 主要结果及证明
对于一个定义在整数集
设
且
引理3.1[11] 假设
其中
引理3.2[11] 假设
其中
接下来我们考虑单相位单亏模型的平稳测度.
定理3.3 令
其中
其中
可以看出此平稳测度为非一致测度.
证 由第二章内容可知,解方程(2.5)等价于解方程(2.6),即
其中
结合(3.3)-(3.5)式可知:
当
由引理
则
同理,
故
故
故
证毕.
下面我们考虑用引理
则
当
下面讨论两相位单亏模型的平稳测度.
定理3.4 设
其中
证 结合(2.9)-(2.13)式可知
当
由引理
则
同理,
故
故
故
证毕.
与单相位模型的类似,引理
参考文献
Quantum random walks
,DOI:10.1103/PhysRevA.48.1687 [本文引用: 1]
A quantum walk search algorithm
,DOI:10.1103/PhysRevA.67.052307 [本文引用: 1]
Localization of an inhomogeneous discrete-time quantum walk on the line
,
Limit measures of inhomogeneous discrete-time quantum walks in one dimension
,DOI:10.1007/s11128-011-0353-8 [本文引用: 1]
The uniform measure for discrete-time quantum walks in one dimension
,DOI:10.1007/s11128-013-0714-6 [本文引用: 1]
The stationary measure of a space-inhomogeneous quantum walk on the line
,
The stationary measure of a space-inhomogeneous three-state quantum walk on the line
,DOI:10.1007/s11128-015-0922-3 [本文引用: 1]
Stationary measures for the three-state Grover walk with one defect in one dimension
,
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